JPS60138488A - Electromagnetic type launcher - Google Patents
Electromagnetic type launcherInfo
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- JPS60138488A JPS60138488A JP59234030A JP23403084A JPS60138488A JP S60138488 A JPS60138488 A JP S60138488A JP 59234030 A JP59234030 A JP 59234030A JP 23403084 A JP23403084 A JP 23403084A JP S60138488 A JPS60138488 A JP S60138488A
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- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F41—WEAPONS
- F41B—WEAPONS FOR PROJECTING MISSILES WITHOUT USE OF EXPLOSIVE OR COMBUSTIBLE PROPELLANT CHARGE; WEAPONS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- F41B6/00—Electromagnetic launchers ; Plasma-actuated launchers
- F41B6/006—Rail launchers
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Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。(57) [Summary] This bulletin contains application data before electronic filing, so abstract data is not recorded.
Description
【発明の詳細な説明】
■9本発明は電磁式発射体発射機、特にコンデンサ駆動
される多段増強平行レール式発射機に係わる。DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION (19) The present invention relates to an electromagnetic projectile launcher, particularly to a capacitor-driven multi-stage augmented parallel rail launcher.
電磁式発射体発射機は各種発射体を高速に加速できる。Electromagnetic projectile launchers can accelerate various projectiles at high speeds.
電磁式発射機の用途には発射機が発射体を超高速にまで
加速することを条件とするものがある。例えば、融合反
応に必要な温度及び圧力を得るための運動エネルギー変
換を伴なう慣性融合実験には少なくとも50Km/se
cの最低速度条件が課せられると推定される。このよう
な速度またはそれ以上の速度を達成することのできる簡
単な平行レール発射機はその高さが数百メートルにもな
り、この長さに鑑み、また効率を高めるためにも多段式
の電源を採用することが好ましいであろう。レールの劣
化を軽減するため電流は極力低くしなければならず、効
率を高めるためには電流が比較的短い距離にわたって流
れるようなものとする必要がある。発射体発射電流が流
れる距離を制限する多段式発射機は既に提案されている
。ホーキー他(Hawke et al )の1982
年8月10日発行米国特許第4..343,223号は
多段式レール法を開示している。ところがこの公知レー
ル法は連続している発射段に給電するため正確に時定さ
れたスイッチングを利用するか、または各段の終りに駆
動アークを消す消弧構造及び次の段に新しいアークを発
生させる手段を必要とする。Some applications for electromagnetic launchers require the launcher to accelerate the projectile to extremely high speeds. For example, at least 50 Km/s for inertial fusion experiments involving kinetic energy conversion to obtain the temperature and pressure required for the fusion reaction.
It is assumed that a minimum speed condition of c is imposed. A simple parallel rail launcher capable of achieving these speeds or higher can reach several hundred meters in height, and because of this length, and to increase efficiency, a multi-stage power supply is required. It would be preferable to adopt The current must be as low as possible to reduce rail degradation, and the current must flow over a relatively short distance to increase efficiency. Multi-stage launchers have already been proposed that limit the distance over which the projectile firing current flows. Hawke et al. (1982)
U.S. Patent No. 4, issued August 10, 2013. .. No. 343,223 discloses a multi-stage rail method. However, this known rail method utilizes precisely timed switching to power successive firing stages, or an extinguishing structure that extinguishes the driving arc at the end of each stage and generates a new arc in the next stage. We need a means to do so.
本発明の目的は必要な発射電流を小さくし、発射電流が
流れる距離を制限する電磁式発射体発射機を提供するこ
とにある。It is an object of the present invention to provide an electromagnetic projectile launcher that reduces the required firing current and limits the distance over which the firing current flows.
広義において、本発明は第1のほぼ平行な導体レール対
と、作動時に前記第ル−ル対間に電流を導通し、前記レ
ールに沿って発射体を推進させる導体マグネットと、前
記第ル−ル対の一方のレールをセグメント分割すること
によって複数の発射段を形成し、前記第1導体レール対
によって形成される前記段の少なくとも1つの近傍に配
設されて前記第1導体レール対と接続するフレッシュト
ーン電源に接続した補助導体とから成り、前記補助導体
のそれぞれを、これと隣接する前記第1導体レール対の
レールを流れるのと同じ方向に電流が流れるように構成
したことを特徴とする電磁式発射体発射機を提供する。Broadly speaking, the present invention includes a first pair of substantially parallel conductive rails, a conductive magnet that, when actuated, conducts current between the first pair of rules to propel a projectile along the rails; a plurality of firing stages are formed by segmenting one rail of the pair of conductor rails, and are disposed near at least one of the stages formed by the first pair of conductor rails and connected to the first pair of conductor rails. and an auxiliary conductor connected to a flesh tone power supply, each of the auxiliary conductors being configured such that current flows in the same direction as that flowing through the adjacent rail of the first conductor rail pair. To provide an electromagnetic projectile launcher that
本発明に従って構成される電磁式発射体発射機は1対の
ほぼ平行な導電性の発射体発射レールと、レール間に電
流を導通し、レールに沿って発射体を推進させる手段と
、発射段を通過する電流導通手段に順次電流を供給する
ためレール沿いの段階的な位置に接続した容量性電源と
から成る。発射段は導電性発射体発射レールの少なくと
も1本のレールを分割し、各容量性電源を各レール◆セ
グメントに接続することによって形成することができる
。各容量性電源は電流導通手段がそれぞれの段に達する
と放電する。補助導体は電力調整に必要なインダクタン
スを提供すると共に発射体推進磁界・を増大させるため
少なくとも1つの段の近傍に配設される。補助導体を使
用しない場合には、電力調整のため各容量性電源と直列
にインダクタを挿入すればよい。An electromagnetic projectile launcher constructed in accordance with the present invention includes a pair of substantially parallel conductive projectile launch rails, means for conducting electrical current between the rails to propel the projectile along the rails, and a launch stage. and capacitive power supplies connected at stepwise locations along the rail for sequentially supplying current to current conducting means passing through the rail. The launch stage may be formed by dividing at least one rail of the conductive projectile launch rail and connecting each capacitive power source to each rail segment. Each capacitive power supply discharges when the current conducting means reaches the respective stage. An auxiliary conductor is disposed proximate at least one stage to provide the necessary inductance for power conditioning and to increase the projectile propulsion field. If an auxiliary conductor is not used, an inductor can be inserted in series with each capacitive power source for power regulation.
本発明の多段式平行レール発射機は少なくとも1つの発
射段において1対の発射体加速レールと直列に1対の補
助導体を接続することにより補助導体を流れる電流が発
射体加速レール間の磁束密度を増大させるようにし、レ
ール及び補助導体に電流を流すことによりこの発射膜内
の発射体を推進させることを特徴とする発射体加速方法
を採用する。本発明はまた補助電源から各発射段への給
電を直接的かつ逐次的に自動トリガし、同期させるスイ
ッチ素子として推進アーマチュアを利用する発射機をも
その範囲内に含む。発射体発射レールをセグメント分割
しない他の実施態様では、発射体が発射レール沿いの特
定点に達するごとに各発射段に順次容量性電源を接続す
るスイ・ンチング手段を設けねばならない。The multi-stage parallel rail launcher of the present invention connects a pair of auxiliary conductors in series with a pair of projectile acceleration rails in at least one launch stage, so that the current flowing through the auxiliary conductors increases the magnetic flux density between the projectile acceleration rails. A method of accelerating a projectile is adopted, which is characterized in that the projectile is propelled within the projectile membrane by increasing the current and passing a current through the rail and the auxiliary conductor. The present invention also includes within its scope a launcher that utilizes the propulsion armature as a switching element to directly and sequentially automatically trigger and synchronize the power supply to each launch stage from an auxiliary power source. In other embodiments in which the projectile launch rail is not segmented, switching means must be provided to sequentially connect the capacitive power supply to each launch stage each time the projectile reaches a particular point along the launch rail.
以下、添付図面を参照して本発明の実施例を詳細に説明
する。Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
添付図面中、第1図は本発明の一実施例に従って構成さ
れた電磁式発射体発射機を略示する構成図である。この
実施例は1対のほぼ平行な導電性の発射体発射レール1
0.12を含む。レール10は発射機のそれぞれ第1段
及び第2段におけるセグメント10a、1obに分割さ
れている。発射機の内径面に沿った絶縁体14の面はレ
ール12の内径面と対向するレール10の内径面と一致
する。発射体発射レール10.12間の導電手段として
またレールに沿った発射体の推進を行なう手段として働
くのは公知の金属またはプラズマ・アーマチュア16で
ある。In the accompanying drawings, FIG. 1 is a block diagram schematically showing an electromagnetic projectile launcher constructed in accordance with an embodiment of the present invention. This embodiment consists of a pair of substantially parallel conductive projectile launch rails 1.
Contains 0.12. The rail 10 is divided into segments 10a, 1ob for the first and second stages of the launcher, respectively. The surface of the insulator 14 along the inner diameter surface of the launcher coincides with the inner diameter surface of the rail 10, which faces the inner diameter surface of the rail 12. It is a conventional metal or plasma armature 16 that serves as the electrical conduction means between the projectile launch rails 10.12 and as the means for propelling the projectile along the rails.
発射機の第1段におけるレール・セグメン) 1’o
a及びレール12の一部の近傍に補助導体18.20を
配設し、隣接する発射体発る。この補助平行電流は発射
体発射レール間の磁束密度を増大させる。コンデンサ列
24及び発射スイッチ26の直列回路及びクローバ−装
置として作用する整流器列28を含む容量性電源22が
発射機の第1段と接続している。発射機の第2段は補助
導体30.32を含む。補助導体30と発射体発射レー
ル12との間にはコンデンサ列36及びクローバ−とし
て作用する整流器列38を含む容量性電源34が接続さ
れている。ダイオードまたはダイオード列40が整流手
段として作用し、アーマチュア16が@1段を越えて移
動すると、発射体発射電流を第1段から第2段に伝導す
る。なお、第1図には発射機の最初の2段だけを図示し
たが、所期の発射速度レベルを達成するため更に段数を
ふやしてもよい第1図に示す発射機の動作態様を以下に
説明する。Rail segment in the first stage of the launcher) 1'o
An auxiliary conductor 18.20 is disposed in the vicinity of a and a portion of the rail 12, and the adjacent projectile is emitted. This supplemental parallel current increases the magnetic flux density between the projectile launch rails. A capacitive power supply 22, including a series circuit of a capacitor bank 24 and a firing switch 26, and a rectifier bank 28, which acts as a crowbar device, is connected to the first stage of the launcher. The second stage of the launcher includes an auxiliary conductor 30.32. Connected between the auxiliary conductor 30 and the projectile launch rail 12 is a capacitive power supply 34 that includes a capacitor bank 36 and a rectifier bank 38 that acts as a crowbar. A diode or diode array 40 acts as a rectifying means and conducts the projectile firing current from the first stage to the second stage as the armature 16 moves beyond the first stage. Although only the first two stages of the launcher are shown in Figure 1, the number of stages may be increased to achieve the desired firing speed level.The operating mode of the launcher shown in Figure 1 is as follows. explain.
発射したい時には、図示しない公知の充電手段により全
ての容量性電源を最適電圧まで予め充電することにより
所要量の、かつ時間及び砲身個所に応じて変化する発射
用電流を得る。発射体は図示のように予め装填しておけ
ばよく、発射は砲尾側電源の発射スイッチ26の開成と
同時に開始される。正確な回路パラメータに従い、電流
は例えば数十、または数百マイクロセコンド後に最大レ
ベルに達し、この時点において容量性の初期蓄積エネル
ギーが第1段補助導体のインダクタンス及び特定の時点
に発射体Jfr進電流を導通する発射レール長さによっ
て与えられる付加インダクタンスで先ず蓄積される。発
射体が推進されるに従ってfjSz図に示すように電流
が砲身個所に応じて変化する。When it is desired to fire, all capacitive power supplies are precharged to the optimum voltage by means of a known charging means (not shown), thereby obtaining the required amount of firing current which varies with time and barrel location. The projectile may be loaded in advance as shown, and firing is started simultaneously with opening of the firing switch 26 of the breech power source. Depending on the exact circuit parameters, the current reaches its maximum level after, for example, tens or even hundreds of microseconds, at which point the capacitive initial stored energy is absorbed by the inductance of the first stage auxiliary conductor and at a particular point in time the projectile current Jfr is first accumulated in the additional inductance given by the length of the firing rail conducting the . As the projectile is propelled, the current changes depending on the location of the gun barrel, as shown in the fjSz diagram.
なお、股間またはレール・ギャップの整流装置40が砲
尾に向かって電流が逆流するのを阻止する一方、順方向
への電流は砲口端において開放状態にある回路によって
阻止されるから、第2段電源が所期の時点より速くエネ
ルギーを放出することはあり得ない。従って、各段の電
源におけるコンデンサ列はダイオードから成る整流装置
40の作用で砲尾に向かっての逆方向電流を発生させる
ことことができない。段数がもっと多ければ、コンデン
サ列の充電電圧を砲口に向かって順次高くすることによ
り、砲口向きの順方向電流を阻1にする。しかし、発射
体アーマチュアまたは駆動アークが第2段レール・セグ
メントにまたがるやいなや、第2段電流が自動的に流れ
始め、再び最大値まで増大する。全段電流に達するのに
要する時間は直列のインダクタンス及びキャパシタンス
を低下させることにより砲口端付近の高速段にわたって
短縮することができる。第2図において、点Aは第1図
に示す発射機に砲尾端を表し、曲線42は第1段電源2
2によって供給される発射体駆動電流を表わす。点Bに
おいてアーマチュアまたは駆動プラズマが第2段レール
・セグメントlObに達し、曲線44は第2段電流の寄
与を示す。実際の駆動電流46は第1段電源から供給さ
れる電流と第2段電流の合計に等しい。第1段電源によ
って得られる最大電流レベルが砲身及び発射体の機械的
及びまたは熱的制約に照らして許容し得る最大レベルな
らば、最小砲身長で所要速度に達するためには各段の電
流ピークがほぼ同じ値でなければならない。また、発射
体に作用する力は電流の2乗に比例し、電流の実効値(
rms)が大きければ大きいほど平均の力が大きく、従
って所要速度に達するまでに必要な時間が短くなる。所
与のピーク電流に対応して、最小駆動電流が過度に減衰
しない限り、rms値が上昇し、そのためには総駆動電
力が許容下限にまで減衰するやいなや次段電流を供給す
るようにシステムを設定すればよい。It should be noted that while the crotch or rail gap rectifier 40 prevents current from flowing back toward the breech, forward current is blocked by an open circuit at the muzzle end, so that the second It is impossible for a stage power source to release energy faster than intended. Therefore, the capacitor array in the power source of each stage cannot generate a reverse current toward the gun breech due to the action of the rectifier 40 consisting of a diode. If the number of stages is larger, the charging voltage of the capacitor array is gradually increased toward the muzzle, thereby reducing the forward current toward the muzzle. However, as soon as the projectile armature or drive arc straddles the second stage rail segment, the second stage current automatically begins to flow and increases again to its maximum value. The time required to reach full stage current can be reduced across the high speed stages near the muzzle end by lowering the series inductance and capacitance. In FIG. 2, point A represents the breech end of the launcher shown in FIG. 1, and curve 42 represents the first stage power source 2.
2 represents the projectile drive current supplied by . At point B, the armature or drive plasma reaches the second stage rail segment lOb, and curve 44 shows the contribution of the second stage current. The actual drive current 46 is equal to the sum of the current supplied from the first stage power supply and the second stage current. If the maximum current level provided by the first stage power supply is the maximum allowable given the mechanical and/or thermal constraints of the gun barrel and projectile, then the current peak in each stage must be must have approximately the same value. Also, the force acting on the projectile is proportional to the square of the current, and the effective value of the current (
rms), the greater the average force and therefore the shorter the time required to reach the required speed. For a given peak current, the rms value increases unless the minimum drive current decays too much, which requires the system to supply the next stage current as soon as the total drive power decays to the lower acceptable limit. Just set it.
各容量性電源のコンデンサは受動的整流装置28.38
によってクローバ−されるが、他のクローバ一方式を採
用してもよい。たとえばイグナイトロンを適当にトリガ
することによってコンデンサを短絡させて、加速シーケ
ンス中にコンーデンサが再充電されるのを防止してもよ
い。図示の整流装置構成が好ましいと考えられるのはク
ローバ−争スイッチ制御回路を設ける必要がないからで
ある。クローバ一手段を使用せずに各RLC回路を過制
動モードで動作させる方式も考えられるが、この方式で
は効率が低く、最大電流ピークに到達するまでの時間が
長くなり、装置の応用範囲も制約される。Each capacitive power supply capacitor is a passive rectifier 28.38
However, other crowbar methods may be used. For example, the capacitor may be shorted by appropriately triggering the ignitron to prevent it from recharging during the acceleration sequence. The illustrated rectifier configuration is considered preferred because it eliminates the need for a crowbar switch control circuit. It is also possible to operate each RLC circuit in overbraking mode without using a crowbar, but this method has low efficiency, takes a long time to reach the maximum current peak, and limits the range of application of the device. be done.
例えば慣性閉じ込め融合
(inertial confinement fus
ion )のため超高速発射体が必要な場合、アーク駆
動が使用され、加速すべき質量は砲腔な密封かつ剛度す
る弾底板を含めても例えば2.5グラムと小さく、アー
ク駆動方式であるから、発射体は単一のアーマチュア電
流パスによって加速され、この方式では外挿手段だけを
採用すればよい。For example, inertial confinement fusion
ion), arc drive is used, and the mass to be accelerated is as small as, for example, 2.5 grams, even including the sealed gun cavity and the rigid bottom plate, so arc drive is used. Since, the projectile is accelerated by a single armature current path, only extrapolation means need be employed in this scheme.
第1図に示す本発明の多段式コンデンサ駆動自動増強発
射機の長所を明らかにするため、抵抗及び摩擦を無視し
てもよく、容量性電源が所与のRMS駆動電流を提供す
るのに最適の位置に配置されている理想的条件を想定し
て装置パラメータを計算した。所期の発射速度を50k
m/Sec、被推進総質量を2.5グラム、tlI進電
流を100,000アンペアrms、発射体発射レール
だけのインダクタンスを0.5マイクロヘンリ一/mと
すれば、補助導体のない構成の場合、必要な砲身長は1
250mである。第1図に示すように単式外挿手段を採
用するだけでこの砲身長を計算上約417mに短縮でき
る。複式外挿手段を採用゛すれ゛ば、砲身長は更に約2
50mまで短縮される。250mの砲身長で、外挿手段
を採用せずに同じ発射速度を達成するには推進電流を2
24.000アンペアrmsまで増大させねばならない
。外挿手段のない場合に必要な高電流は抵抗損失を著し
く増大させ、レールの劣化を早め、並列整流器の数を約
2.25倍にふやさねばならず、発射体弾底板が通過し
た後の剛度が激しくなる。To demonstrate the advantages of the multi-stage capacitor-driven self-boosting launcher of the present invention as shown in FIG. The device parameters were calculated assuming ideal conditions where the device is located at Intended firing speed 50k
m/Sec, the total propelled mass is 2.5 grams, the tlI radical current is 100,000 amperes rms, and the inductance of the projectile launch rail alone is 0.5 microHenry/m. In this case, the required gun length is 1
It is 250m. As shown in FIG. 1, this gun length can be calculated to be reduced to approximately 417 m by simply employing a single extrapolation means. If a double extrapolation method is adopted, the gun length will be further reduced by approximately 2
Shortened to 50m. With a gun length of 250 m, to achieve the same rate of fire without employing extrapolation means, the propulsion current must be increased by 2.
Must be increased to 24,000 amps rms. The high currents required without extrapolation significantly increase resistive losses, accelerate rail deterioration, and require the number of parallel rectifiers to be increased by a factor of about 2.25, which increases the Stiffness increases.
第3図は本発明の他の実施例に従い、第2段に外挿手段
を組込んだ多段式コンデンサ駆動電磁発射機を略示する
説明図である。この実施例ではエネルギーを蓄積し、電
力量を調整するため第2段容量性電源34と直列にイン
ダクタ48を挿入した。所要のインダクタンスを有する
ように構成した母線によってこの機能を行なわせてもよ
い。外部直列インダクタンスを使用するこのような段電
源34は砲口側に採用するのが好ましく、砲尾またはこ
れに近いレール段では誘導エネルギーの蓄積及び電流制
御のため補助導体を使用する。FIG. 3 is a diagram schematically illustrating a multi-stage capacitor-driven electromagnetic launcher incorporating extrapolation means in the second stage in accordance with another embodiment of the present invention. In this embodiment, an inductor 48 is inserted in series with the second stage capacitive power supply 34 to store energy and regulate the amount of power. This function may be performed by a busbar configured to have the required inductance. Such a stage power supply 34 using an external series inductance is preferably employed at the muzzle side, with auxiliary conductors at or near the breech rail stage for inductive energy storage and current control.
第1図に示す外挿手段を設けた装置では補助レールがこ
のエネルギー蓄積及び電流制御の両機能を行うだけでな
く、補助レール自体の磁束を利用して発射体に作用する
力を増大させる。In a device provided with extrapolation means as shown in FIG. 1, the auxiliary rail not only performs both this energy storage and current control function, but also utilizes its own magnetic flux to increase the force acting on the projectile.
第1図及び第3図の発射機では発射レールlOのセグメ
ント間の切れ目または絶縁ギャップだけに整流装置40
を配置してあり、発射レール12は切れ目がない。ただ
し、同様の切れ目が発射レール12に存在する場合には
万全を期して反対向きの整流器を補足してもよい。この
ようにすれば、整流装置の短絡により故障に際しても装
置の機能に影響は及ばない。即ち、少なくとも1つの整
流装置が各セグメント・ギャップ対で正常に作動する限
り、その他の整流装置が故障しても、絶縁ギャップ間の
短絡手段として作用する整流装置が発射機の正常な動作
を妨げることはない第1図及び第3図に示す多段発射機
の極めて重要な構成要件は発射スイッチ26を除いて全
てのスイッチを省略できることにある。In the launcher of FIGS. 1 and 3, a rectifier 40 is provided only at the breaks or insulation gaps between the segments of the launch rail lO.
are arranged, and the launch rail 12 is seamless. However, if a similar cut exists in the launch rail 12, a rectifier in the opposite direction may be added to be on the safe side. In this way, even if the rectifier fails due to a short circuit, the function of the device will not be affected. That is, as long as at least one rectifier operates normally in each segment gap pair, the rectifier acting as a short circuit between the insulation gaps will prevent normal operation of the launcher even if the other rectifiers fail. A very important feature of the multistage launcher shown in FIGS. 1 and 3 is that all switches except the launch switch 26 can be omitted.
砲尾電源を除く全9での容量性電源はアーマチュアまた
はアーク16が到達してそれぞれの推進レール腔の起点
部分を短絡することでトリガされる。もっと好ましい発
射速度制御を得たければ、意図的に過剰速度に到達させ
てから最終容量段の全てまたは一部を制動するか、最終
段の1つまたは2以上の放電開始を阻止するスイッチン
グを行うか、または任意の段の電源からの電流を低下さ
せるスイッチングを行なうことによって達成できる。The capacitive power supplies in all 9, except the breech power supply, are triggered by the armature or arc 16 reaching and shorting the origin of the respective propulsion rail cavities. If more favorable firing rate control is desired, one can intentionally reach an excess velocity and then brake all or some of the final capacitive stages, or switch to prevent one or more of the final stages from initiating discharge. or by switching to reduce the current from the power supply of any stage.
木発明は比較的小口径の発射機において、超高速、例え
ば、慣性閉じ込め融合状態に接近するのに充分な速度を
対象としたものであるが、コストが高くつく、比較的危
険な推進方式でる2段ガス銃で得られるような低い速度
にも適応させることができる。更に、本発明の外挿レー
ル式発射機は比較的大きい砲腔内で比較的大きい質量を
加速する低速用にも応用できる。この場合には摺動金属
アーマチュアが好適であり、適度の電流レベルで必要な
高い力を得るために内挿構成を採用すればよい。The invention targets extremely high speeds, such as those sufficient to approach inertial confinement fusion conditions, in relatively small caliber launchers, but it is an expensive and relatively dangerous method of propulsion. It can also be adapted to lower velocities such as those obtained with two-stage gas guns. Further, the extrapolated rail launcher of the present invention can also be used at low speeds for accelerating a relatively large mass within a relatively large barrel. A sliding metal armature is preferred in this case, and an interpolation arrangement may be employed to achieve the required high forces at moderate current levels.
整流装置40が絶縁体14にまたがっている第1図及び
第3図の発射機は本発明の好ましい実施例であると考え
られる。しかし、発射体が通過したばかりのレール段に
残存エネルギーが誘導的に蓄積されるなら、整流装置4
0を除き、レール間ギャップまたは絶縁体14間のアー
ク発生によって発射機を作動させることもできる。これ
に代わる実施態様として、誘電アーマチュアが次の段に
進む前に電流をゼロにまで減衰または電流ゼロで遮断す
るならばこのようなアークを発生させずに発射機を作動
させることができる。この場合、レール間を短絡するア
ークが発生しないように誘電金属アーマチュアを採用す
る。電流がゼロになるこの方式ではrmsが不都合に低
い電流となることは言うまでもない。The launcher of FIGS. 1 and 3 in which rectifier 40 straddles insulator 14 is considered to be a preferred embodiment of the invention. However, if the residual energy is inductively stored in the rail stage that the projectile has just passed, then the rectifier 4
0, the launcher can also be activated by arcing between the rail gaps or the insulators 14. In an alternative embodiment, the launcher can be operated without such arcing if the dielectric armature decays the current to zero or cuts off the current to zero before proceeding to the next stage. In this case, a dielectric metal armature is used to prevent arcing that shorts the rails. It goes without saying that this method, where the current is zero, results in a current with an undesirably low rms.
第4図は発射レール1O112に切れ目のない本発明の
実施例を略示する説明図である。この実施例では連続す
る容量性電源を順次トリガする極めて正確なタイミング
が要求される。なぜなら、給電が早過ぎると電流が逆流
して発射体を減速させ、由々しい結果となる恐れがある
。従って、砲尾電源を除く各容量性電源と直列にスイッ
チまたはその他の閉路手段を設けて、それぞれの段に対
応に電源を接続する手段として作用させねばならない。FIG. 4 is an explanatory diagram schematically illustrating an embodiment of the present invention in which the launch rail 1O112 has no discontinuity. This embodiment requires very precise timing to sequentially trigger successive capacitive power supplies. This is because if the power is applied too quickly, the current can flow backwards and decelerate the projectile, with serious consequences. Therefore, a switch or other closing means must be provided in series with each capacitive power source, except for the breech power source, to act as a means for connecting the power source to each stage.
このスイッチの動作は正確に制御しなければならないか
ら、アーマチュア16の位置を検知し、アーマチュアが
発射レール10.12に沿った所定位置に達したら電源
34が発射機第2段に接続されるようにスイッチング手
段52の動作を制御する信号を発生するセンサ54を設
けた。The operation of this switch must be precisely controlled so that it senses the position of the armature 16 and connects the power source 34 to the second stage of the launcher when the armature reaches a predetermined position along the launch rail 10.12. A sensor 54 is provided for generating a signal for controlling the operation of the switching means 52.
木発明の補助レール付きコンデンサ駆動多段電磁発射機
の最終速度を制限する要因は介在する空間における絶縁
破壊またはもっと可能性の高い原因として、推進レール
と共に砲口を限定する絶縁体の表面破壊による早過ぎる
電圧破壊であると考えられる。完全な自動トリガ方式の
場合、このような破壊はコンデンサ充電から実際の発射
までの間に起こるかまたは加速中の発射体の行く手に起
こるおそれがある。いずれの場合にも寄生アークが砲口
に向かって移動し、各段の電源をトリガして放電させ、
その結果、所期の発射速度が得られない。このような異
常は多くの場合、コンデンサの充電電圧を次第に増大さ
せねばならない高速砲身域で起こるから、駆動アーマチ
ュアまたはアークの逆起電力が極めて高く、例えば10
0キロアンペア、50km/secの複式増強構成の場
合なら約12.5キロボルトであるにもかかわらず急速
に段エネルギーを放出する。早過ぎるアーク発生という
この傾向によって課せられる正確な制限量は種々の変数
に依存する。例えば、砲口サイズ、レールの表面条件、
絶縁体の種類、状態、清浄度及び形状、真空またはガス
雰囲気、高電圧の持続時間、空間及び絶縁体における電
圧勾配、粒子の存在などである。The factor limiting the final velocity of the Wooden invention's capacitor-driven multi-stage electromagnetic launcher with auxiliary rails is due to dielectric breakdown in the intervening space or, more likely, premature surface breakdown of the insulator that confines the muzzle along with the propulsion rail. This is thought to be caused by excessive voltage breakdown. In the case of a fully automatic triggering scheme, such destruction may occur between capacitor charging and actual firing, or in the path of the accelerating projectile. In either case, the parasitic arc moves towards the muzzle, triggering the power supply in each stage to discharge,
As a result, the desired rate of fire cannot be obtained. Such anomalies often occur in the high-speed gun barrel region where the charging voltage of the capacitor must be gradually increased, so that the back emf of the driving armature or arc is extremely high, e.g.
In the case of a double reinforcement configuration of 0 kiloampere and 50 km/sec, stage energy is rapidly released even though it is about 12.5 kilovolts. The exact amount of limitation imposed by this tendency to premature arcing depends on a variety of variables. For example, muzzle size, rail surface conditions,
Type, condition, cleanliness and shape of the insulator, vacuum or gas atmosphere, duration of high voltage, voltage gradient in space and in the insulator, presence of particles, etc.
本発明の可能出力を、従って、速度を持続させるために
いくつかの新規手段が考えられる。これらの手段として
は下記のものがある1、砲口側の高電圧段に第4図に示
すようにコンデンサと直列にメータ・スイッチを別設し
、発射体がそれぞれの段レールに到達する直前にこのス
イッチが閉じるようにする。これにより、レール・ギャ
ップ間に電圧が印加される時間を制限し、早過ぎる絶縁
破壊が起こる可能性を低下させる。Several novel means are conceivable to sustain the possible output and therefore speed of the present invention. These methods include the following: 1. A meter switch is separately installed in series with a capacitor on the high voltage stage on the muzzle side, as shown in Figure 4, just before the projectile reaches each stage rail. This switch should be closed. This limits the time that voltage is applied across the rail gap and reduces the likelihood of premature dielectric breakdown.
以 下 余 白
2、最終または高速段を意図的に低電流レベルで作動さ
せ、これにより逆起電力を、従って必要なコンデンサを
充電電圧を軽減する。Below Margin 2, the final or fast stage is intentionally operated at a low current level, thereby reducing the back emf and therefore the required capacitor charging voltage.
3、最終または高速段に対する増強を少なくするかまた
は皆無にし、これによって同様に逆起電力を、従ってコ
ンデンサ電圧レベルを軽減する。3. Reduce or eliminate the boost to the final or high speed stage, thereby also reducing back emf and therefore capacitor voltage levels.
4、摺動導体またはアーマチュアからレールへの極めて
短いアークにより誘電アーマチュアを超高速で作動させ
ることができる場合には第5図に示すようなレール構成
が実用的である。この構成では発射レール10.12に
アーマチュア及び発射体のパッケージを案内するための
長手方向溝を設ける。これにより長い表面絶縁パス58
.60の設計に自由度が与えられ、絶縁体の加熱及び劣
化が抑制される。これらの要因の全てが絶縁面のフラッ
シュオーバーを防止する。4. A rail configuration as shown in FIG. 5 is practical if the dielectric armature can be operated at very high speeds with a sliding conductor or with a very short arc from the armature to the rail. In this configuration, the launch rail 10.12 is provided with a longitudinal groove for guiding the armature and projectile package. This results in a long surface insulation path 58
.. This provides flexibility in the design of the insulator 60 and suppresses heating and deterioration of the insulator. All of these factors prevent flashover of the insulating surface.
北記手段2及び3を採用する場合にはコンデンサを低い
電圧に充電し、高電圧l<ンクから順次配置されている
低電圧バンクへ所定時点よりも速く順方向電流が流れる
のを防止し、段間の整流装置40を、駆動アークまたは
アーマチュアがそれぞれレール会ギャップにまたがるや
いなや導通するようにトリガされる三極間で構成するこ
とができる。この手段は一般に自動トリガ・ダイオード
の代わりに採用することもできる。顆粒コンデンサへの
このような順方向電流を防止する他の手段として、この
ような順方向電流に影響される可能性のあるコンデンサ
列用に直列整流器を設けてもよい。When adopting means 2 and 3 described above, the capacitor is charged to a low voltage to prevent forward current from flowing from the high voltage l<n to the sequentially arranged low voltage banks faster than a predetermined time, The interstage commutator 40 can be configured between three poles that are triggered into conduction as soon as the drive arc or armature respectively straddles the rail gap. This means can also generally be employed instead of an auto-trigger diode. As another means of preventing such forward currents into the granule capacitors, series rectifiers may be provided for capacitor strings that may be affected by such forward currents.
要約すると、本発明の発射機には公知の高速電磁発射体
に比較して下記の長所がある:1、比較的低い推進電流
レベルで必要な高加速力が得られ、推進電流レベルが低
いことはレール及び絶縁体の摩耗を軽減し、抵抗損失、
スイッチング及び整流の複雑さ及びコスト、レールの加
熱、母線重量を軽減すると期待される。In summary, the launcher of the present invention has the following advantages over known high-velocity electromagnetic projectiles: 1. The required high acceleration forces can be obtained at relatively low propulsion current levels; reduces rail and insulator wear, reduces resistance loss,
It is expected to reduce switching and commutation complexity and cost, rail heating, and busbar weight.
2、理想的な自動トリガ方式ではスイッチ・タイミング
の必要はない。2. In an ideal automatic triggering scheme, there is no need for switch timing.
3、高い加速力が得られるから、同じ発射電流を使用す
る増強装置のない構成に比較して比較的短い発射機及び
比較的短い加速時間を採用することができる。3. Because of the high acceleration forces available, relatively short launchers and relatively short acceleration times can be employed compared to configurations without boosters using the same firing current.
4、増強構成では電流の制御及びエネルギーの一時蓄積
が補助導体によって行なわれるから、これらの機能を行
なうために高価な高電流インダクタを別設する必要がな
い。更に、エネルギーを蓄積する補助導体の磁束も発射
体に対する加速力を著しく増大する。4. In the boost configuration, current control and temporary energy storage are provided by the auxiliary conductor, eliminating the need for separate expensive high current inductors to perform these functions. Furthermore, the magnetic flux of the auxiliary conductor, which stores energy, also significantly increases the acceleration force on the projectile.
5、他の多段電源方式の場合と同様に、高い樵進電流を
長い砲身長にわたって伝導する必要はなく、砲口にまた
がる回路中で消失する最終段エネルギーの一部を除き、
各段に蓄積されたエネルギーを無駄なく放出供給するこ
とによって発射体を推進することができる。5. As with other multi-stage power systems, there is no need to conduct high currents over long barrel lengths, except for some of the final stage energy that is dissipated in the circuit spanning the muzzle.
The projectile can be propelled by discharging and supplying the energy stored in each stage without waste.
比較的短い高電流母線、短い有効電流伝導レール長、及
び段誘導エネルギーのほぼ完全な放出は全ての全体的な
エネルギー効率の増大につながる。Relatively short high current buses, short effective current conducting rail lengths, and nearly complete discharge of stage inductive energy all lead to increased overall energy efficiency.
第2図のグラフから明らかなように、電流が急速に上昇
し、この性向は第1図に示す単式増強発射機において特
に顕著である。特に発射段が短い場合、この構成では初
期インダクタンスが低いためクローバ−前の発振周波数
が比較的高く、その分だけ電流の上昇が急速である。多
重増強構成で、しかも段が比較的長い場合、発振周波数
は遥かに低くでもよいから、各段における電流上昇が遥
かに緩やかになり、このことは発射体の一体性を維持す
る上で、またレール及び母線における表皮効果による電
流密度増大に伴う悪影響を軽減する上で好ましいと考え
られる。前記悪影響、例えば局部的な過熱及び過度の抵
抗は多段式の転置された駆動及び増強用の導体レールを
利用することによっても軽減できる。As is clear from the graph of FIG. 2, the current increases rapidly, and this tendency is particularly noticeable in the single boost launcher shown in FIG. Especially when the firing stage is short, the initial inductance is low in this configuration, so the oscillation frequency before the crowbar is relatively high, and the current rises accordingly. In a multiple boost configuration, and with relatively long stages, the oscillation frequency can be much lower, resulting in a much slower current rise in each stage, which also helps maintain projectile integrity. This is considered preferable in order to reduce the adverse effects associated with increased current density due to the skin effect on the rails and busbars. The aforementioned adverse effects, such as local overheating and excessive resistance, can also be reduced by using multistage transposed drive and boost conductor rails.
以上好ましいと考えられる実施例に関連して本発明を説
明したが、本発明の範囲を逸脱することなく種々の変更
が可能であることは当業者にとって明らかであろう。従
って、特許請求の範囲はこれらの変更のすべてを包括す
るものとする。Although the invention has been described in connection with preferred embodiments, it will be apparent to those skilled in the art that various modifications can be made without departing from the scope of the invention. It is therefore intended that the claims encompass all such modifications.
第1図は本発明の一実施例に従って構成された電磁式発
射体発射機の簡略図
第2図は、発射時に第1図の発射機中に現われる電流の
グラフ。
第3図は本発明の他の実施例の簡略図。
第4図は、本発明の更に他の実施例の簡略図。
第5図は、第1図及び第4図の発射機に利用できる発射
体発射及び増強用レールの断面図である。
10、 12・・ ・・ し − ル
16・・・・アーマチュア
18.20.30.32・・・・補助導体22.34・
・・・容晴性電源
24.36φ・・・コンデンサ列
26・・・・発射スイッチ
38・・・・整流器列FIG. 1 is a simplified diagram of an electromagnetic projectile launcher constructed in accordance with one embodiment of the present invention. FIG. 2 is a graph of the electrical current that appears in the launcher of FIG. 1 during firing. FIG. 3 is a simplified diagram of another embodiment of the invention. FIG. 4 is a simplified diagram of yet another embodiment of the invention. FIG. 5 is a cross-sectional view of a projectile launch and augmentation rail that may be utilized with the launchers of FIGS. 1 and 4. FIG. 10, 12... Rule 16... Armature 18.20.30.32... Auxiliary conductor 22.34.
... Capacity power supply 24.36φ ... Capacitor row 26 ... Firing switch 38 ... Rectifier row
Claims (1)
ル−ル対間に電流を導通し、前記レールに沿って発射体
を推進させる導体マグネットと、前記iル−ル対の一方
のレールをセグメント分割することにより複数の発射段
を形成し、前記第ル−ル対によって形成される前記段の
少なくとも1つの近傍に配設されて前記第ル−ル対に接
続するフレッシュトーン電源に接続した補助導体とから
成り、前記補助導体のそれぞれを、これと隣接する前記
第ル−ル対のレールを流れるのと同じ方向に電流が流れ
るように構成したことを特徴とする電磁式発射体発射機
。 2、前記第1導体レール対のセグメント分割されたレー
ルの隣接セグメント間に整流手段を挿入したことを特徴
とする特許請求の範囲第1項に記載の電磁式発射体発射
機。 3、前記容量性電源のそれぞれの両端にクローバ−回路
を接続したことを特徴とする特許請求の範囲第1項また
は第2項に記載の電磁式発射体発射機。 4、前記少なくとも1つの電源が容量性であり、前記容
量性電源の少なくとも1つにインダクタを直列接続した
ことを特徴とする特許請求の範囲第1項、第2項、また
は第3項に記載の電磁式発射体発射機。 5、電流を導通する前記導体が金属アーマチュアを含み
、前記第1導体レール対が前記金属アーマチュアを案内
するため互いに対向する長平方向溝を含むことを特徴と
する特許請求の範囲第1項から第4項までのいずれかに
記載の電磁式発射体発射機。 6、前記セグメント分割されたレールの連続セグメント
間に絶縁材を配置し、前記絶縁材の一方の面が前記第ル
−ル対の他方のレールと対向する前記セグメント分割さ
れたレールの面と一致することを特徴とする特許請求の
範囲第1項から第5項までのいずれかに記載の電磁式発
射体発射機。[Scope of Claims] 1. a first pair of substantially parallel conductor rails, a conductor magnet that conducts a current between the first pair of rules when actuated to propel the projectile along the rails; A plurality of firing stages are formed by segmenting one rail of the pair of rules, and the firing stage is disposed near at least one of the stages formed by the pair of rules. and an auxiliary conductor connected to a flesh tone power supply connected to the auxiliary conductor, and each of the auxiliary conductors is configured such that current flows in the same direction as that flowing through the rail of the adjacent second rule pair. Features an electromagnetic projectile launcher. 2. The electromagnetic projectile launcher according to claim 1, wherein a rectifying means is inserted between adjacent segments of the segmented rails of the first conductor rail pair. 3. The electromagnetic projectile launcher according to claim 1 or 2, wherein a crowbar circuit is connected to both ends of each of the capacitive power sources. 4. The at least one power source is capacitive, and an inductor is connected in series to at least one of the capacitive power sources, according to claim 1, 2, or 3. electromagnetic projectile launcher. 5. The current conducting conductor includes a metal armature, and the first conductor rail pair includes mutually opposing elongated grooves for guiding the metal armature. The electromagnetic projectile launcher according to any of items up to 4. 6. An insulating material is placed between consecutive segments of the segmented rail, and one surface of the insulating material is coincident with a surface of the segmented rail that faces the other rail of the second rule pair. An electromagnetic projectile launcher according to any one of claims 1 to 5, characterized in that:
Applications Claiming Priority (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
US55175483A | 1983-11-14 | 1983-11-14 | |
US551754 | 1983-11-14 |
Publications (1)
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JPS60138488A true JPS60138488A (en) | 1985-07-23 |
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JP59234030A Pending JPS60138488A (en) | 1983-11-14 | 1984-11-06 | Electromagnetic type launcher |
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JP (1) | JPS60138488A (en) |
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-
1984
- 1984-11-06 JP JP59234030A patent/JPS60138488A/en active Pending
- 1984-11-07 AU AU35157/84A patent/AU3515784A/en not_active Abandoned
- 1984-11-12 EP EP84307821A patent/EP0162983A3/en not_active Withdrawn
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---|---|
EP0162983A3 (en) | 1986-06-11 |
EP0162983A2 (en) | 1985-12-04 |
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